DE10353042B4 - Verfahren zur Verifizierung von Haarrissen in einer Lötstelle, die ein Bauteil mit einer Leiterplatte verbindet - Google Patents

Verfahren zur Verifizierung von Haarrissen in einer Lötstelle, die ein Bauteil mit einer Leiterplatte verbindet Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Verifizieren von Haarrissen in einer Lötstelle von zumindest einem Bauteil auf einer Leiterplatte, wobei das zumindest eine Bauteil durch die Lötstelle stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Leiterplatte verbunden ist,
bei dem eine Baugruppe, bestehend aus der Leiterplatte und zumindest einem Bauteil, in eine spezielle Lösung mit Farbpigmenten getaucht wird,
bei dem die in die Lösung eingetauchte Baugruppe in einen Exikator eingebracht wird,
bei dem in dem Exikator ein Unterdruck erzeugt wird,
bei dem kurz vor dem Erreichen des Siedepunkts der speziellen Lösung der Exikator belüftet und die Baugruppe aus der Lösung genommen wird,
bei dem die Baugruppe getrocknet wird, und
bei dem das zumindest eine Bauteil von der Leiterplatte entfernt wird zur Untersuchung einer auf Haarrisse hindeutenden Verteilung von Farbpigmenten an der Lötstelle.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verifizieren von Haarrissen in einer Lötstelle von zumindest einem Bauteil auf einer Leiterplatte, wobei zumindest ein Bauteil durch die Lötstelle stoffschlüssig und elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Lösung mit der Haarrisse in einer Lötstelle von zumindest einem Bauteil auf einer Leiterplatte, wobei zumindest ein Bauteil durch die Lötstelle stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Leiterplatte verbunden ist, verifiziert werden können. Auf Leiterplatten sind in der Regel eine Vielzahl von Bauteilen, wie Speicherbausteine, angeordnet. Das System aus Leiterplatte und Bauteilen wird im weiteren als Baugruppe bezeichnet. Die Bauteile werden mit Hilfe eines Fügeverfahrens, dem sogenannten Löten, bei dem zwei Verbindungspartner aus gleich- oder verschiedenartigen Werkstoffen mit Hilfe eines geschmolzenen Zusatzwerkstoffs, des Lots, stoffschlüssig verbunden werden, mit der Leiterplatte verbunden. Die Lötstellen dürfen keine Fehler, d.h. Haarrisse aufweisen, da dies unter anderem zu Beeinträchtigungen der elektrischen Leitfähigkeit führen kann. Aus diesem Grund ist es bei der Herstellung von Baugruppen wichtig, regelmäßig die Lötstellen zwischen den Bauteilen und der Leiterplatte auf Fehler zu überprüfen. Kleine Haarrisse in den Lötstellen können dazu führen, dass die gesamte Baugruppe fehlerhaft wird.
  • Die Darstellung von Haarrissen in Lötstellen, mit denen Bauteile an Leiterplatten stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verbunden sind, erfolgte bisher mit Hilfe von Schliffbildern. Durch einen Schliff beim sogenannten Schliffbildverfahren kann maximal eine Reihe von Lötstellen sichtbar gemacht werden. Sind mehrere Lötreihen auf einer Leiterplatte angeordnet, so dauert die Herstellung vieler Schliffbilder sehr lange. Sind beispielsweise 17 Lötreihen hintereinander zu überprüfen, so dauert die Anfertigung von entsprechenden Schliffbildern mindestens 8 Stunden. Dies zieht neben dem hohen zeitlichen Aufwand erhebliche Kosten, insbesondere Lohnkosten nach sich. Die Anfertigung von Schliffbildern erfordert ferner viel Erfahrung und Fingerspitzengefühl des Bearbeiters.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verifizierung von Haarrissen in einer Lötstelle, die zumindest ein Bauteil elektrisch leitend und stoffschlüssig mit einer Leiterplatte verbindet, zu schaffen, bei dem die Verifizierung von Haarrissen einfach, schnell und kostengünstig durchführbar ist. Ferner soll eine Lösung zur Verifizierung von Haarrissen in einer Lötstelle, die zumindest ein Bauteil elektrisch leitend und stoffschlüssig mit einer Leiterplatte verbindet, geschaffen werden.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Lösung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
  • Ein Verfahren zum Verifizieren von Haarrissen in einer Lötstelle von zumindest einem Bauteil auf einer Leiterplatte, wobei zumindest ein Bauteil durch die Lötstelle stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Leiterplatte verbunden ist, bei dem eine Baugruppe, bestehend aus der Leiterplatte und zumindest einem Bauteil, in eine spezielle Lösung mit Farbpigmenten getaucht wird, bei dem die in die Lösung eingetauchte Baugruppe in einen Exikator eingebracht wird, bei dem in dem Exikator ein Unterdruck erzeugt wird, bei dem kurz vor dem Erreichen des Siedepunkts der speziellen Lösung der Exikator belüftet und die Baugruppe aus der Lösung genommen wird, bei dem die Baugruppe getrocknet wird, und bei dem zumindest ein Bauteil von der Leiterplatte entfernt wird zur Untersuchung einer auf Haarrisse hindeutenden Verteilung von Farbpigmenten an der Lötstelle, stellt ein einfaches, schnelles und kostengünstiges Verfahren zur Verifizierung von Haarrissen in Lötstellen dar. Ferner kann durch ein derartiges Verfahren eine einfache Reproduzierung des Ergebnisses durchgeführt werden. Dies bedeutet, das Verfahren kann an der Baugruppe oder an der Leiterplatte mehrfach angewandt werden. Ferner kann das Verfahren ohne besondere Vorkenntnisse und Befähigungen durchgeführt werden. Spezielle Erfahrungen und ein hohes Fingerspitzengefühl, wie beim Schliffbildverfahren, sind nicht notwendig. Durch das Verfahren können eine oder mehrere Baugruppe(n) gleichzeitig untersucht werden, wodurch eine Vielzahl von Lötstellen parallel für die Untersuchung präpariert werden können, was ein deutliches Zeitersparnis darstellt.
  • Bei dem erfinderischen Verfahren wird eine Baugruppe, bestehend aus Leiterplatte und zumindest einem Bauteil, wie beispielsweise einem Chip, ein BGA, ein CSP, etc., in eine spezielle mit Farbpigmenten versehene Lösung getaucht. Nach dem Einbringen der Baugruppe und der Lösung in einen Exikator, der in der Regel ein Glasgefäß mit einem Manometer und einem Belüftungsventil ist, wird in dem Exikator ein Unterdruck erzeugt. Mit abnehmendem Druck fängt die Lösung langsam an zu sieden. Die Lösung strömt aufgrund des Unterdrucks in vorhandene Haarrisse der Lötstellen ein. Kurz vor dem Erreichen des Siedepunktes der speziellen Lösung wird der Exikator belüftet und die Baugruppe aus der Lösung genommen. Nach Trocknung der Baugruppe bleiben Farbpigmente in vorhandenen Haarrissen über, die dann bei Betrachtung, insbesondere unter einem Mikroskop, erkennbar sind. Für die bessere Betrachtung werden die Bauteile von der Leiterplatte entfernt, so dass die Lötstellen einfach betrachtet werden können. Sämtliche Lötstellen mit Haarrissen weisen eine erhöhte Färbung in den Haarrissen aufgrund der zurückgebliebenen Farbpigmente auf. D.h. die Bereiche an den Lötstellen mit Farbrückständen deuten auf Haarrisse in der Lötstelle hin. Hierdurch ist bei der Betrachtung der gesamten Leiterplatte einfach erkennbar, wie viele bzw. welche Lötstellen fehlerhaft waren. Dies lässt Rückschlüsse auf Fehler bei der Herstellung der Lötverbindungen zu. Bei diesem Verfahren können auch mehrere Baugruppen gleichzeitig in die spezielle Lösung mit Farbpigmenten eingetaucht und in einem Exikator eingebracht und entsprechend dem Verfahren behandelt werden. Mit diesem Verfahren, auch Farbtest genannt, lässt sich ein höherer Informationsgehalt über Fehler in den Lötstellen in viel kürzerer Zeit erzielen. Ferner ist bei dem erfinderischen Verfahren vorteilhaft, dass die Trefferquote für das Auffinden von Haarrissen deutlich höher ist, als die Trefferquote für das Auffinden von Haarrissen mit Hilfe des Schliffbildverfahrens.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Lötstellen kleine Lot-Verbindungskugeln, sogenannte Balls, sind. Derartige Lötstellen eignen sich besonders gut für das erfinderische Verfahren. Aufgrund der geringen Größe der Lot-Verbindungskugeln sind Haarrisse nach Anwendung des erfinderischen Verfahrens gut unter einem Mikroskop erkennbar. Die Bauteile können bei diesen kleinen Lot-Verbindungskugeln leicht entfernt werden, so dass eine Betrachtung der Lötstellen einfach möglich ist.
  • Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die verwendete Lösung Chloroform und Farbpigmente aufweist. Die Farbpigmente lassen sich in Chloroform gut auflösen, so dass eine mit Farbpigmenten durchsetzte Lösung erhalten wird. Aufgrund der Flüchtigkeit des Lösungsmittels, z.B. Chloroform, verdunstet die Lösung, so dass nach dem Trocknen die Farbpigmente als Rückstand in den in Einkerbungen, Haarrissen, etc. der Lötstellen übrig bleiben. Die Baugruppe mit der Farblösung wird im Exikator inkubiert, damit unter Vakuum die potentielle Luft in den Haarrissen der Lötstellen entfernt wird und so die Farblösung besser in die Haarrisse eindringen kann. Das Chloroform verflüchtigt sich, wenn es eine längere Zeit der Umgebung ausgesetzt wird. Dieser Vorgang kann beschleunigt werden, wenn die mit der Lösung getränkte Baugruppe zusätzlich getrocknet wird.
  • Besonders vorteilhaft ist ferner, wenn in dem Exikator ein Vakuum erzeugt wird. Hierdurch wird die Lösung in kleinste Haarrisse in den Lötstellen hineingesogen. Nach der Trocknung der Baugruppe bleiben die Farbpigmente in den vorhandenen Haarrissen übrig, wodurch diese leicht erkennbar werden. Es wird solange ein Unterdruck erzeugt, bis annähernd ein Vakuum erreicht wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Lösung tatsächlich in kleinste Haarrisse vordringt. Kurz vor dem Erreichen der Siedetemperatur wird der Exikator belüftet, so dass die Baugruppe keinen Schaden nimmt.
  • Von Vorteil ist des weiteren ein Verfahren, bei dem während der Trocknungsphase die Baugruppe mit Druckluft behandelt wird. Um sicherzugehen, dass die spezielle Lösung auch unter den Bauteilen der Baugruppe vollständig verdunstet, wird die Baugruppe nach dem Herausholen aus dem Exikator zusätzlich mit einem schwachen Druckluftstrom behandelt. Hierdurch wird der Verdunstungsvorgang verstärkt bzw. beschleunigt, so dass die Lösung nach einer gewissen Zeitspanne vollständig verdunstet ist. Nach erfolgreicher Trocknung bleiben nur in Haarrissen, Einkerbungen, etc., Farbpigmente übrig, wodurch die Haarrisse, etc., leicht erkennbar sind.
  • Idealerweise wird die Baugruppe mindestens über einen Zeitraum von 20 Minuten getrocknet. In diesem Zeitraum verdunstet in der Regel das Chloroform bei Umgebungsbedingungen vollständig. Es ist aber auch denkbar, dass bei entsprechender Trocknung bereits nach einer geringeren Zeitspanne das Chloroform vollständig verdunstet ist. In Sonderfällen ist eine Trockenphase von mehr als 20 Minuten ratsam.
  • Der Unterdruck wird vorteilhafterweise durch eine an einem Ventil angeschlossene Pumpe, wobei das Ventil an der Wand des Exikators angeordnet ist, erzeugt. Der Exikator ist in der Regel ein Gefäß, insbesondere aus Glas, mit einer Öffnung mit einem Ventil, an die eine Leitung angeschlossen ist. Über die Leitung kann dann mit Hilfe einer Pumpe ein Unterdruck in dem Exikator erzeugt werden. Das Ventil kann direkt in der Öffnung in der Wand des Exikators oder in der Zuleitung zu der Öffnung angeordnet sein.
  • Ein bevorzugtes Verfahren sieht vor, dass die zumindest eine Baugruppe in eine Lösung, bestehend aus einem Teil Chloroform und mindestens drei Teilen Farbpigmenten, eingetaucht wird.
  • Bei einer derartigen Lösung ist sichergestellt, dass eine ausreichende Farbintensität erzielt wird. D.h. nach Verdunstung des Chloroforms in die Umgebung sorgt die ausreichende Menge an Farbpigmenten dafür, dass die Haarrisse in den Lötstellen erkennbar sind. Ein vorteilhaftes Verfahren sieht vor, dass zumindest ein Baugruppe in eine Lösung aus 50 ml Chloroform mit mindestens 150 mg Farbpigmenten eingetaucht wird. Eine Lösung mit diesen Anteilen ist zumindest ausreichend, um eine Baugruppe komplett einzutauchen.
  • Ferner ist vorteilhaft, wenn die Farbpigmente fluoreszierend sind. Hierdurch sind noch bessere Ergebnisse erzielbar, d.h. die Erkennbarkeit von Haarrissen wird nochmalig erhöht.
  • Die Aufgabe eine Lösung zur Verifizierung von Haarrissen in einer Lötstelle, die zumindest ein Bauteil elektrisch leitend und stoffschlüssig mit einer Leiterplatte verbindet, zu schaffen wird durch eine Lösung, die Chloroform und Farbpigmente aufweist, gelöst. Eine derartige Lösung ist ideal einsetzbar, um in einem Exikator bei Unterdruck in kleinste Haarrisse der entsprechenden Lötstellen zu gelangen und anschließend bei Umgebungsbedingungen zu verdunsten, so dass nur die Farbpigmente in den Haarrissen übrig bleiben.
  • Besonders vorteilhaft ist eine Lösung, die einen Teil Chloroform und mindestens drei Teile Farbpigmente aufweist. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine ausreichend hohe Farbintensität erzielt wird.
  • Es sind auch andere spezielle Lösungen einsetzbar. So kann anstelle von Chloroform ein Fluid mit ähnlichen Eigenschaften verwendet werden.
    •

Claims (12)

  1. Verfahren zum Verifizieren von Haarrissen in einer Lötstelle von zumindest einem Bauteil auf einer Leiterplatte, wobei das zumindest eine Bauteil durch die Lötstelle stoffschlüssig und elektrisch leitend mit der Leiterplatte verbunden ist, bei dem eine Baugruppe, bestehend aus der Leiterplatte und zumindest einem Bauteil, in eine spezielle Lösung mit Farbpigmenten getaucht wird, bei dem die in die Lösung eingetauchte Baugruppe in einen Exikator eingebracht wird, bei dem in dem Exikator ein Unterdruck erzeugt wird, bei dem kurz vor dem Erreichen des Siedepunkts der speziellen Lösung der Exikator belüftet und die Baugruppe aus der Lösung genommen wird, bei dem die Baugruppe getrocknet wird, und bei dem das zumindest eine Bauteil von der Leiterplatte entfernt wird zur Untersuchung einer auf Haarrisse hindeutenden Verteilung von Farbpigmenten an der Lötstelle.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötstellen kleine Lot-Verbindungskugeln sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung Chloroform und Farbpigmente aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Exikator ein Vakuum erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Trocknungsphase die Baugruppe mit Druckluft behandelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe mindestens über einen Zeitraum von 20 Minuten getrocknet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck durch eine an einem Ventil angeschlossene Pumpe, wobei das Ventil an der Wand des Exikators angeordnet ist, erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Baugruppe in eine Lösung, bestehend aus einem Teil Chloroform und mindestens drei Teilen Farbpigmenten, eingetaucht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Baugruppe in eine Lösung aus 50 ml Chloroform mit mindestens 150 mg Farbpigmenten eingetaucht wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbpigmente fluoreszierend sind.
  11. Lösung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung Chloroform und Farbpigmente aufweist.
  12. Lösung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung einen Teil Chloroform und mindestens drei Teile Farbpigmente aufweist.
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